Reconstruction combine des muons dans ATLAS Samira Hassani

Reconstruction combinée des muons dans ATLAS Samira Hassani DAPNIA / SPP 1) Combinaison des traces 2) Identification des muons de bas Pt 3) Performances et résultats 1

Reconstruction des muons En traversant le détecteur Atlas, un muon est détecté dans : • 2 systèmes de reconstruction de traces avec une grande précision : le trajectographe interne et le spectromètre à muons • Les calorimètres Les trois systèmes fournissent des signaux pouvant servir à la mesure ou à l’identification RPC TGC Syst performant à grand p. T ● B E perdue dans le Calo> 3 Ge. V CSC MDT ID performant pour les bas p. T B Champ Solénoïdal Champ toroïdal inhomogène 2

Qu’est ce qu’on peut combiner ? Combinaison des traces • Trace Système + • E perdue dans le Calo Identification des de bas p. T • Segments + • Trace ID Aspects importants : alignement Système / ID , Précision de mesure de E perdue dans les calorimètres Echelle d’énergie du ID et du Système 3

Combinaison des traces • La combinaison des mesures effectuées dans le système à muons avec celles du trajectographe interne : - améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 Ge. V <p. T < 100 Ge. V - permet la rejection des muons provenant des interactions secondaires et ceux résultant de la désintégration en vol des , • STACO : COmbinaison STAtistique des Traces mesurées indépendamment dans le trajectographe interne et le spectromètre à muons 27/03/2006 Samira Hassani 4

STACO : Propagation de la trace au périgée • La trace est reconstruite dans le ID par des algorithmes dédiés au périgée • La trace reconstruite dans le Système à muons est retro-propagée vers le faisceau • Les effets des diffusions multiples et des fluctuations de l’énergie perdue dans les calorimètres sont pris en compte dans la propagation de la matrice de covariance • La combinaison des traces est acceptée si le 2 global est inférieur à une certaine valeur maximale 27/03/2006 Samira Hassani 5

Z (MS) mm Propagation de la trace au périgée dans le Combined Test Beam mean=20. 3 ± 0. 6 σ = 43. 7 ± 0. 7 Offset = 0. 31 ± 0. 68 Slope = 1. 02 ± 0. 06 Impact Parameter at Perigee (mm) Z (ID) mm • Extrapolation des traces des chambres à muons au périgée sur une distance de ≈40 m marche • La corrélation entre la coordonnée Z de la trace retro-propagée au perigée et celle 6 du ID au périgée montre que la pente est égale à 1

Résultats de STACO Z 2 (% ) Single Muon (DC 1) ID seul (DC 3) σ = 2. 77 ± 0. 08 Système seul σ = 3. 60 ± 0. 05 STACO σ = 2. 46 ± 0. 03 p. T(Ge. V) • STACO améliore la résolution sur le momentum dans l’intervalle 20 Ge. V <p. T < 100 Ge. V • STACO améliore la résolution en masse du Z par ~10% (~30%) par rapport au ID seul ( Système seul) 7

Identification des muons de bas Pt p. T(Ge. V) • L’efficacité de reconstruction et de combinaison décroît très rapidement à bas p. T • La reconstruction précise des muons de bas p. T dans un champ magnétique très inhomogène est délicate • Beaucoup de muons sortent des calorimètres avec une très faible énergie et ne peuvent pas atteindre les stations « medium » ou « outer » , ou ne sortent pas du tout 8

Mu. Tag : Identification des muons de bas Pt • Mu. Tag est un nouvel algorithme qui a été développé en Juillet 2005 • Principe de la méthode : – Commencer à partir des traces ID reconstruite au périgée – Extrapoler ces traces aux segments reconstruites dans les stations internes (BIx, EIx) ( les segments sont des quantité reconstruite et non seulement une collection de hits) – Essayer d’associer les traces ID avec des segments qui n’ont pas déjà été assosiés à une trace combinée – Appliquer des coupures supplémentaires sur la qualité des segments Stations Internes 9

d Association en : ID - Segment Une simple extrapolation est utilisée MS predicted = ID + f( ID )/ p. T 1. 2 <|η| < 2 |η| < 1. 2 14 mrad . p. T 10 absence de la seconde coordonnée dans les stations internes une faible contrainte dans l’association des segments aux traces ID Présence des TGC => 2 nd coordonnée dans les stations internes

Association : ID - Segment |η| < 1. 2 <|η| < 2 Samira Hassani . p (mrad. Ge. V) à p. T = 5 Ge. V • Une extrapolation simple : extrapolé = ID • La trace est tagguée si : | MS predicted - MS|/ <3 et | MS Predicted - MS|/ <3 1

Rejection de Mu. Tag Lumi 05. sf 01 Single μ (PT = 11 Ge. V) Une rejection > 930 est obtenue dans un environnement de bruit 12

Performances de Mu. Tag Efficiency Lumi 00. sf 00 samples ◦ Mu. Tag □ Muonboy ● STACO 11 Ge. V 7 Ge. V p. T(Ge. V) • Mu. Tag améliore l’efficacité d’identification jusqu’à 96% dans l’intervalle 9 Ge. V 5 < p. T < 1000 Ge. V (Mu. Tag n’est pas restreint au bas p. T uniquement) • L’efficacité de Mu. Tag est complémentaire à celle de STACO • Mu. Tag comble le déficit d’efficacité dans le barrel mais il reste encore un trou à η~1. 3 13

Extrapolation aux chambres Medium Avant extrapolation Après extrapolation EML EOL =1 EEL =1. 3 EIL • Le déficit en efficacité à η~1. 3 est dû à l’absence des chambres EEL et à la non-couverture totale en φ des EIL • L’extrapolation des traces ID aux chambres medium permet de combler le trou à η ~1. 3 • Mais, il reste à estimer les fausses traces. Eventuellement, on peut utiliser l’information de l’énergie déposée dans les tuiles pour réduire les traces fantômes 14

Quelques mots de software • STACO / Mu. Tag sont complètement intégrés dans le software d’ATLAS • STACO / Mu. Tag utilisent en entrées les “common tracking tool ” et produisent des ESD en sortie Staco. Combined. Muon. Low. Pt Mboy. Combined. Muon • STACO(ID+MS) • MS pour 2. 5< <2. 7 • Mu. Tag tracks (|η| <2. 5) Reconstruction Standalone Enlever les intersections AOD Tag Muonboy / STACO/ Mu. Tag sont actuellement dans le Tag par défaut jusqu’à nouvel ordre 15

Les autres algorithmes Muid/Muid. Low. Pt Ø Muid : fit global de la trace du muons en utilisant les hits mesurés séparément par les deux sous-détecteurs ID et Système à muons lors de la reconstruction standalone Ø Muid. Low. Pt : les traces sont extrapolées aux chambres du Système à muons (MDT, RPC, CSC), et leurs hits sont associés à la trace ID selon leurs proximité en et Ø Comparaison entre STACO/Muid et Mu. Tag /Muid. Low. Pt Exemple: l’analyse Higgs->4 μ Ø STACO est 10% plus efficace que Muid (2. 2% par muon) ØLa fraction de fake muons : Mu. Tag (0. 9%) et Muid. Low. Pt (5. 6%) Ø STACO est decalé de ~0. 5 Ge. V par rapport à la masse simulée alors que Mu. Id est OK. Ceci est dû à la parémétrisation de l’énergie perdue dans le calo. On travaille pour résoudre ce problème. 16

Conclusion • STACO et Mu. Tag marchent très bien et donnent les meilleures performances dans les différentes analyses • La procédure de rétro-propagation a été testée avec succès avec les données du test beam • L’utilisation de l’énergie mesurée dans les calorimètres est en cours de développement • Nos algorithmes seront testées et affinées en vue des conditions réalistes du démarrage du LHC 27/03/2006 Samira Hassani 17